1、2.12.1只读存储器只读存储器只读存储器(ROM)的特点是： 其内容是预先写入的而且一旦写入，使用时就只能读出不能改变，掉电时也不会丢失，ROM 器件还具有结构简单、信息度高，价格低，非易失性和可靠性高等特点。对 ROM 内容的设定(写入)称为编程，根据编程方式的不同，ROM可分为四类：掩膜 ROM(MaskROM)可编程 ROM(即 PROM)可擦除可编程 ROM(EPROM)电可擦除可编程 ROM(EEPROM)。211掩膜型 ROM掩模型 ROM 中的信息是由生产厂家根据用户要求(给定的程序和数据)对芯片图形掩膜后进行两次光刻而制成的，所以，生产第一片这样的 ROM 是很昂贵的，但复制
2、同样内容的 ROM 就很便宜，因而掩膜式 ROM 适用于成批生产的定型产品， 如用于存放 PC/XT 的 BIOS， BASIC语言解释程序，或系统监控程序等。掩膜 ROM 中的每个存储元电路只需用一个偶合元件， 一般可用二极管、MOS 晶体管、双极型晶体管构成。一般 MOS 型的集成度高、功耗小、但速度慢，双极型的速度快，但功耗大，所以只适用于速度要求较高的系统中。图所示为一个简单的 44 位 MOS 型 ROM，采用单译码结构，两位地址线 A1A0 译码后可译出四种状态(00， 01， 10， 11)， 输出 4 条(字)选择线，可分别选中四个单元，每个单元有 4 位数据(D3 一 D0)
3、输出。掩膜 ROM 示意图在图中所示的矩阵中，在行和列的交叉点上，有的连有 MOS 管，有的没有连，这是生产厂家根据用户提供的程序来决定的。有管子表示该位为“0”，没有管子，表示该位为“1”。若地址线 A1A000，则选中 0 号单元，即字线 0 为高电平，则凡与该行相连的 MOS 管导通(如 D2、D0 列)，对应的位(列线)输出为 0，而不与该行相连的列线(位)因无 MOS 管而输出为“1”，如 D3、D1 两列为 1，则第一行(即第 0 单元)输出 D3D01010。可见存储器的内容取决于制造工艺。下表为上图存储矩阵的存放内容。212可编程 ROM(PROM)为了方便用户根据自己的需要确
4、定 ROM 的内容，提供了一种可编程 ROM(即 PROM)，它允许用户编程一次。在PROM中， 通常用二极管或双极型三极管作存储单元。右图所示是用双极型三极管作存储元电路的，在这种存储单元中， 每一位三极管的发射极上串接一个可熔金属丝，出厂时所有管子发射极上的熔丝是完整的，管子可将位线和字线连通，表示存有信息“0”(即整个芯片末使用前全为“0”)。用户编程时，根据程序要求，对需要写入“l”的位，通以足够大的脉冲电流典型的熔断电流为(50100)nA，周期为几个微秒，使相应位的熔丝烧断，该位便存入信息“l， ， 。末被熔断的位仍为“0” ，从而实现了信息的一次性写入。虽然 PROM 可由用户自
5、由编程写入信息，但由于熔丝一旦编程烧断，就无法恢复，所以，PROM 只允许用户编程一次，这对需要经常修改程序内容的应用场合是很不方便的。目前，很多 OTP 型的单片机就是一次性编程的。213可擦除可编程 R0M(EPROM)1结构掩膜型 ROM 和 PROM 中的内容一旦写入，就无法再改变，为了开发方便，可以擦除重写的可编程只读存贮器应运而生。EPROM 由于是以浮栅型 MOS 管作存储单元，它里面存储的内容可以通过紫外线光的照射而被擦除， 而且又可再用电流脉冲对其重新编程写入程序或数据，而且还可多次进行擦除和重写，故称为可擦除可编程序 ROM，因而 EPROM 得到了广泛的应用。2典型 EP
6、ROM 芯片介绍 2764典型 EPROM 芯片有多种型号，常用的有：2716(2K8)、2732(4K8)、2764(8K8)、 27128 (16K8)、27256(32K8)等。下面以 2764(8K8)芯片为例，说明 EPROM 的性能和工作方式。Intel2764 是 8K8 的 EPROM。 图所示是 2764 的外引脚和功能框图。管脚定义如下：A0一 A12：地址线，13 位(对应 8K 存储单元)，输入；O7 O0：数据线，8 位，双向，编程时作数据输入线，读出时作数据输出线；CE：片选允许，输入,低电平有效；OE：输出允许，输入,低电平有效，连读信号RD；PGM：编程脉冲控制
7、端，输入，连编程控制信号；Vpp：编程电压输入端；Vcc：电源电压，十 5V。(1)工作方式2764 有 4 种工作方式：读方式、编程方式、检验方式和备用方式，读方式这是 2764 最常使用的方式，在读方式下，Vcc 和 Vpp 均接十 5V电压，PGM接低电平，从地址线 A12A0 接收 CPU 送来的所选单元地址， 然后使CE、OE均有效(为低电平)， 于是经过一个时间间隔，所选单元的内容即可读到数据总线上。 图为 2764 读方式时的时序图：由图可知，芯片允许信号面必须在地址稳定后有效，以保证正确读出所选单元数据。备用方式即 2764 工作于低功耗方式，该方式与芯片未选中时类似，这时芯片
8、从电源所取的电流从 l100mA 下降到 40mA，功耗降为读方式下的25。只要使PGM端输入一个 TTL 高电平信号即可使 2764 工作于备用方式，该方式使数据输出呈高阻态。由于读方式时CE和PGM是连在一起的，所以，当某芯片末被选中时CE和PGM处于高电平状态，则此芯片就相当处于备用方式，可大大降低功耗。编程方式在编程方式下，只要将 Vpp 接 25V(不同型号芯片所加电压不同，有的芯片仅需加 125V 电压加得不正确会烧坏芯片，应注意器件说明)Vcc 加十 5V，CE端和OE端为高电平，从地址线 A12 一 A0 端输入需要编程的单元地址，从数据线 D7D0 上输入编程数据，在PGM端
9、加入编程脉冲宽度为 50ms，幅度为 TTL 高电平，便可实现编程(写入)功能。应注意，必须在地址和数据稳定之后，才能加入编程脉冲。下图所示为 2764 的编程时序图。编程校验方式在编程过程中，为了检查编程时写入的数据是否正确，通常在编程过程中包含校验操作。在每个字节写入完成后，电源电压接法不变，而将OE，CE，PGM均改为低电平，便可紧接着将写入的数据读出，以检查写入的信息是否正确，检查时应如上图所示。2764 除以上工作方式外，实际上还有输出禁止方式和编程禁止方式。编程禁止方式，就是禁止编程，因此，在编程过程中，只要使CE为低，编程就立即禁止。其他型号的 EPROM,可参考： 何立民：单片
10、机外围器件实用手册（存储器分册） 北京航天航空大学出版社3EPROM 编程器由于对 EPROM 编程时，每写入一个字节都需要加 50ms 宽的 PGM脉冲电流，则编程速度太慢，而且容量越大，也导致编程速度变慢。为此，Intel 公司开发了一种新的编程方法，比标难方法快 56 倍，按照这一新的编程思路相继开发了多种型号的 EPROM 编程器，所以，目前对 EPROM 编程都使用专门的编程器来进行编程。编程器通常要依靠一台微机才能工作， 编程器通过一个接口卡与微机扩展槽相连，并配有一套编程软件，控制编程器工作方式及微机与编程器间的数据传送。编程器上有 EPROM 芯片插座，一般可对多种型号的 EP
11、ROM 芯片进行编程。EPROM 除一些常用的芯片如 2764、27128、27256、27512 等外，还有一些大容量的 EPKOM，如 27C010(128K8)、27C020(256K8)和 27C040(512K8)等芯片，适用于工业控制中固化监控程序、用户应用程序等内容。一般地，编程器除了对 PROM、EPROM、EEPROM 编程外，还可对CPU(MPU)、PAL、GAL、CPLD(FPGA)等器件进行编程。214电可擦除可编程 ROM(E2PROM)兼有 RAM 和 ROM 的双重功能EPROM 的优点是一块芯片可以多次反复使用，但是它有两个明显的缺点： 一是每次编程要从电路中拨
12、下来先用紫外线抹除器擦除原内容然后进行编程，这很麻烦。二是它的擦除是对芯片整体擦除，那怕只需要改一个字节，甚至一位，也必须把整个芯片内容都擦除，然后再重新写入，这是很不方便的。为了克服 EPROM 的这两个缺点，就产生了电可擦除可编程 ROMEEPROM 简称 E2PROM 方法。E2PROM 是一种在线(或叫在系统，即不用拨下来)可编程只读存储器。它能像 RAM 那样随机地进行改写，又能像 ROM 那样在掉电的情况下所存信息不丢失，即 E2PROM 兼有 RAM 和 ROM 的双重功能特点，因此，使用起来十分方便。下面以 Intel2864A 为例，说明 EEPROM 的基本特点和工作方式。
13、Intel2864A 容量为 8K8，28 个引脚双引直插式封装，下图为2864A 的引脚图，其引脚与 EPROM2764 兼容。A12一 Ao：地址线，输入， 其中 A7 一 Ao 为行地址，A12 一 A8 为列地址，8K 容量的 2864 内部结构为 256 行32列的矩阵。I07IO0： 数据输入输出线，双向，读出时为输出，写入擦除时为输入。2864 内部没有地址和数据输入锁存器，所以，在进行较长时间的写入擦除操作时，可释放这些总线。CE：片选和电源控制端，输入。WE：写入允许控制端，输入。当对 2864A 进行擦写、功率下降操作时，控制逻辑可以根据CE和WE线的电平状态和时序状态来控
14、制2864A 的操作。OE：数据输出允许端。2864A 使用单一的十 5V 电源，因为将编程时所需的 21V 编程升压电路已集成在芯片内。R/B：R/B是 RDY/BUSY 缩写，用来向 CPU 提供状态信号，即指示2864A 的准备就绪忙状态。其擦写过程是：当擦除时，将 R/B置为低电平，然后将新的数据写入，写入完成后，再将 R 成置为高电平，因此，CPU 可以通过检测此引脚的状态来控制芯片的擦写操作。此外，2864A 芯片内的写周期定时器还可通过 R/B引脚向 CPU 表示它所处的工作状态。在写一个字节的过程中， 此引脚为低电平， 写完后该引脚变为高电平。利用 R/B的这一功能，可在每写完
15、一个字节后向 CPU 请求外部中断，以继续写入下一个字节。2864A 有 4 种工作方式：读方式、写方式字节擦除，整片擦除和维持方式，如下表：(1)读方式在读方式时，W 更1，iz面0，允许 CPU 读取 2864A的数据。当 CPU发出地址信号和相应控制信号后，经一定延时(读取时间约 250ns)2864A 即可将数据送人数据总线。(2)写方式浮节擦除擦除和写入是同一种操作，即都是写入，只不过擦除是固定写“1”即数据输入恒为 TTL 高电平；写入时，数据线上是 0 或 1， 所以， 2864A 具有以字节为单位的擦写功能。以字节为单位进行擦除写入时:CE 为低电平，OE 为高电平，WE的脉冲
16、宽度最小为 2ms(低电平)，最大一般不超过 70ms.(3)整片擦除方式整片擦除时，所有 8K 字节单元全置“l”。整片擦除时，不考虑地址信号，数据线置为 TTL 高电平(即写 1)，WECE“0”(低电平)，OE 为低(字节擦写时为高)，WE 写脉冲宽度的典型值为 10ms，其他信号同字节擦写方式。(4)维持方式维持方式也就是低功耗方式，通常 2864A 在进行擦写或读操作时的最大电源消耗为 100mA。当器件不操作时，只需将 CE 端加一 TTL 高电平，2864A 便进入维持状态，此时最大电流消耗为 40mA，可见，维持状态可将功耗降 60，维持状态时，输出端为浮空状态。不同公司的 28C64，用法稍有区别，目前较流行的有：ATMEL28C64、X28C64（Xicor）、SEED28C64其他 EEPROM:28C16 (2K)28C256
